多媒體圖像處理_數(shù)字電視

1、數(shù)字電視基礎(chǔ)數(shù)字電視基礎(chǔ)n提綱視頻處理系統(tǒng)非線性編輯系統(tǒng)視頻文件類型3.1 視頻基礎(chǔ)知識n視頻的定義n視頻（Video）本質(zhì)上是指內(nèi)容隨時間變化地一組動態(tài)圖像，運動圖像或活動圖像。n從數(shù)學(xué)角度上講，視頻是指隨時間變化的圖像，或稱時變圖像。n特點：內(nèi)容隨時間變化，伴隨與畫面同步的聲音（伴音）。n圖像與視頻兩者的信源不同。圖像輸入設(shè)備有掃描儀、數(shù)字照相機等;視頻輸入設(shè)備有電視接收機、攝像機、影碟機及其它可輸出連續(xù)圖像信號的設(shè)備。s=(x,y,t)xyt=25幀幀/秒秒3.1 視頻基礎(chǔ)知識n視頻的分類n模擬模擬視頻視頻：是一種用于傳輸圖像和聲音的并隨時連續(xù)變化的電信號。 特點：模擬電信號、調(diào)幅傳播、

2、存放在磁帶上。 缺點：存儲和傳送都是模擬方式，不適合網(wǎng)絡(luò)傳輸、傳輸效率先天不足，且隨時間和頻道的衰減較大，易受干擾，易失真，不便于分類檢索和編輯。n數(shù)字?jǐn)?shù)字視頻視頻：是一種以數(shù)字形式存儲的視頻資料。模擬視頻通過采樣、量化和編碼進行數(shù)字化后的視頻。 優(yōu)勢：適合網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用；再現(xiàn)性好；便于編輯與處理。 缺點：處理速度慢、高質(zhì)量的數(shù)字視頻需要的存儲空間大。3.1 視頻基礎(chǔ)知識n視頻的應(yīng)用領(lǐng)域 廣播電視廣播電視地面、衛(wèi)星電視廣播有線電視(CATV)數(shù)字視頻廣播(Digital Video Broadcast)交互式電視ITV-Interactive TV高清電視HDTV 通信通信可視電話(Videopho

3、ne)視頻會議(Videocongerencing)視頻點播VOD(Video On Demand)視頻數(shù)據(jù)庫 娛樂娛樂錄像節(jié)目，VCD，DVD，家庭攝像，視頻游戲 3.2 電視信號及其標(biāo)準(zhǔn)n電視電視 （TelevisionTele+Vision）n目前世界上現(xiàn)行的彩色電視制式有三種：目前世界上現(xiàn)行的彩色電視制式有三種：NTSC制、制、PAL制和制和SECAM制（不包括高清晰度彩色制（不包括高清晰度彩色電視，電視，HDTV） 。NTSC1952年，北美、日本等國家采用年，北美、日本等國家采用PAL1962年，西歐、中國等國家采用年，西歐、中國等國家采用SECAM法國、東歐等國采用法國、東歐等國

4、采用nNTSC制、制、PAL制和制和SECAM制都是兼容制式。制都是兼容制式。所謂所謂“兼容兼容”是指黑白電視機能接收彩色電視是指黑白電視機能接收彩色電視廣播，同時彩色電視機能接收黑白電視廣播。廣播，同時彩色電視機能接收黑白電視廣播。3.2 電視信號及其標(biāo)準(zhǔn)n彩色電視制式彩色電視制式NTSC 1953年由美國國家電視標(biāo)準(zhǔn)委員會指定的彩色電視廣播標(biāo)準(zhǔn)，它采用正交平衡調(diào)幅的技術(shù)方式，故也稱為正交平衡調(diào)幅制。美國、加拿大等大部分西半球國家以及中國的臺灣、日本、韓國、菲律賓等均采用這種制式。水平掃描525線/幀，30幀/秒，隔行掃描，場頻60Hz。SECAM SECAM是法文的縮寫，意為順序傳送彩色信

5、號與存儲恢復(fù)，是由法國在1956年提出，1966年制定的一種新的彩色電視制式。它也克服了NTSC制式相位失真的缺點，但采用時間分隔法來傳送兩個色差信號。使用SECAM制的國家主要集中在法國、東歐和中東一帶。水平掃描625線/幀，25幀/秒，隔行掃描，場頻50Hz。PAL 西德在1962年指定的彩色電視廣播標(biāo)準(zhǔn)，它采用逐行倒相正交平衡調(diào)幅的技術(shù)方法，克服了NTSC制相位敏感造成色彩失真的缺點。西德、英國等一些西歐國家，新加坡、中國大陸及香港，澳大利亞、新西蘭等國家采用這種制式。PAL制式中根據(jù)不同的參數(shù)細(xì)節(jié)，又可以進一步劃分為G、I、D等制式，其中PALD制是我國大陸采用的制式。水平掃描625線

6、/幀，25幀/秒，隔行掃描，場頻50Hz。 n電視掃描電視掃描電子束在磁場控制下，在屏幕上電子束在磁場控制下，在屏幕上從左到右、從上到下來回掃描。掃描的電子打從左到右、從上到下來回掃描。掃描的電子打擊熒光屏后便形成一幅圖像。擊熒光屏后便形成一幅圖像。單色顯示屏只有一種顏色的熒光體沉積在屏單色顯示屏只有一種顏色的熒光體沉積在屏幕上。通過正確地控制電子束強度，就可以幕上。通過正確地控制電子束強度，就可以顯示出具有亮暗層次的灰度圖像。顯示出具有亮暗層次的灰度圖像。彩色屏幕的像點上有三種不同的熒光體，當(dāng)彩色屏幕的像點上有三種不同的熒光體，當(dāng)它們被激活時，形成紅、綠、藍色。通過人它們被激活時，形成紅、綠

7、、藍色。通過人的視覺平均效果，將這三種顏色合成為其它的視覺平均效果，將這三種顏色合成為其它的顏色，三基色的相對強度決定了眼睛在屏的顏色，三基色的相對強度決定了眼睛在屏幕上看到的像素的顏色。幕上看到的像素的顏色。 3.2 電視信號及其標(biāo)準(zhǔn)n掃描有隔行掃描掃描有隔行掃描(interlaced scaning)和非隔行和非隔行（也稱逐行，（也稱逐行，progressive）掃描之分。）掃描之分。非隔行掃描，電子束從顯示屏的左上角一行非隔行掃描，電子束從顯示屏的左上角一行接一行地掃到右下角，在顯示屏上掃一遍就接一行地掃到右下角，在顯示屏上掃一遍就顯示一幅完整的圖像顯示一幅完整的圖像在隔行掃描中，電子束

8、掃完第在隔行掃描中，電子束掃完第1行后回到第行后回到第3行開始的位置接著掃然后在行開始的位置接著掃然后在5，7，行上掃，行上掃，直到最后一行。奇數(shù)行掃完后接著掃偶數(shù)行，直到最后一行。奇數(shù)行掃完后接著掃偶數(shù)行，這樣就完了一幀這樣就完了一幀(frame)的掃描。的掃描。隔行掃描的一幀圖像由兩部分組成：一部分隔行掃描的一幀圖像由兩部分組成：一部分是由奇數(shù)行組成稱奇數(shù)場，另一部分是偶數(shù)是由奇數(shù)行組成稱奇數(shù)場，另一部分是偶數(shù)組成，稱為偶數(shù)場，兩場合起來組成一幀。組成，稱為偶數(shù)場，兩場合起來組成一幀。 3.2 電視信號及其標(biāo)準(zhǔn)n電視視頻信號掃描方式電視視頻信號掃描方式隔行掃描(interlaced sca

9、nning)逐行掃描(non-interlaced scanning)行頻、場頻、幀頻(奇偶場)n電子束從左到右的掃描過程稱為電子束從左到右的掃描過程稱為行正程行正程掃描，所掃描，所需時間稱為行正程掃描時間。需時間稱為行正程掃描時間。n電子束從右到左的掃描過程稱為行逆程掃描，或電子束從右到左的掃描過程稱為行逆程掃描，或稱稱行回掃行回掃，所需時間為行回掃時間。，所需時間為行回掃時間。n電子束從屏左上角到屏右下角的掃描稱為電子束從屏左上角到屏右下角的掃描稱為幀正程幀正程掃描，所需時間為幀正程時間。掃描，所需時間為幀正程時間。n從右下角返回左上角為幀逆程掃描或從右下角返回左上角為幀逆程掃描或幀回掃。

10、幀回掃。n逐行掃描具有簡單、可靠、圖像清晰穩(wěn)定等特逐行掃描具有簡單、可靠、圖像清晰穩(wěn)定等特點，但必須要求傳輸通道具有很寬的頻帶，因點，但必須要求傳輸通道具有很寬的頻帶，因此，在廣播電視節(jié)目系統(tǒng)中，目前都不采用逐此，在廣播電視節(jié)目系統(tǒng)中，目前都不采用逐行掃描，而采用隔行掃描，而在計算機顯示系行掃描，而采用隔行掃描，而在計算機顯示系統(tǒng)中，都采用逐行掃描。統(tǒng)中，都采用逐行掃描。n隔行掃描雖然存在著行間閃爍和運動圖像清晰隔行掃描雖然存在著行間閃爍和運動圖像清晰度下降等缺點，但通常情況下，上述缺點并不度下降等缺點，但通常情況下，上述缺點并不明顯。由于它能使圖像信號的帶寬減少一半，明顯。由于它能使圖像信號

11、的帶寬減少一半，利大于弊，所以獲得廣泛的應(yīng)用。利大于弊，所以獲得廣泛的應(yīng)用。 隔行掃描示例隔行掃描示例nPALPAL制電視的掃描特性制電視的掃描特性 ：625行（掃描線）行（掃描線）/幀，幀，25幀幀/秒（秒（40ms/幀）幀）.高寬比：高寬比：4：3。隔行掃描，隔行掃描，2場場/幀，幀，312.5行行/場。場。顏色模型：顏色模型：YUV 每行每行64m ms；傳送圖像時間；傳送圖像時間52.2m ms，11.8m ms行行回掃描時間，不傳送圖像，同時用作行同步回掃描時間，不傳送圖像，同時用作行同步及消隱。及消隱。n每一場的掃描行數(shù)為每一場的掃描行數(shù)為625/2=312.5行，其中行，其中25

12、行行作場回掃，不傳送圖像，傳送圖像的行數(shù)每場作場回掃，不傳送圖像，傳送圖像的行數(shù)每場只有只有287.5行，每幀只有行，每幀只有575行顯示圖像。行顯示圖像。 nPAL視頻行時序視頻行時序nNTSC制的掃描特性制的掃描特性 525行行/幀，幀，30幀幀/s(29.97fps, 33.37ms/frame)高寬比高寬比: 4:3隔行掃描，一幀分成隔行掃描，一幀分成2場場(field), 262.5線線/場。場。每行每行63.5m ms，水平回掃時間，水平回掃時間10m ms（包含（包含5m ms的水平同步脈沖），顯示時間的水平同步脈沖），顯示時間53.5m ms。顏色模型：顏色模型：YIQ。 n每

13、一場的掃描行數(shù)為每一場的掃描行數(shù)為525/2=262.5行，場回掃行，場回掃20行，實際每幀傳送的圖像行數(shù)行，實際每幀傳送的圖像行數(shù)485行（行（Laser disc約約420線，線，S-VHS約約320線）。線）。 3.2 電視信號及其標(biāo)準(zhǔn)n彩色電視的信號類型彩色電視的信號類型n高頻或射頻信號高頻或射頻信號RF:把視頻全信號調(diào)制到高頻或射頻信號傳送，接收方把全電視信號從高頻信號中解調(diào)出來。PAL頻道帶寬8MHz, NTSC頻道帶寬4MHz。天線和模擬閉路連接電視機就是采用射頻（RF）接口。作為最常見的視頻連接方式，它可同時傳輸模擬視頻以及音頻信號。RF接口傳輸?shù)氖且曨l和音頻混合編碼后的信號，

14、顯示設(shè)備的電路將混合編碼信號進行一系列分離、解碼在輸出成像。由于需要進行視頻、音頻混合編碼，信號會互相干擾，所以它的畫質(zhì)輸出質(zhì)量是所有接口中最差的。有線電視和衛(wèi)星電視接收設(shè)備也常用RF連接，但這種情況下，它們傳輸?shù)氖菙?shù)字信號。n復(fù)合電視信號復(fù)合電視信號包含亮度、色差信號以及所有定時信號的單包含亮度、色差信號以及所有定時信號的單一電視信號稱為復(fù)合電視信號（一電視信號稱為復(fù)合電視信號（composite video signal），又稱全電視信號。），又稱全電視信號。n分量電視信號分量電視信號分量電視信號分量電視信號(component video signal)指每指每個基色分量作為獨立的電視信

15、號。每個基色個基色分量作為獨立的電視信號。每個基色既可以用既可以用R、G和和B，也可以用亮度色差，也可以用亮度色差表示，如表示，如YIQ、YUV。分量電視信號是表示顏色的最好方法，但需分量電視信號是表示顏色的最好方法，但需要比較寬的帶寬和同步信號。要比較寬的帶寬和同步信號。 3.2 電視信號及其標(biāo)準(zhǔn)n彩色電視的信號類型彩色電視的信號類型n復(fù)合視頻（復(fù)合視頻（Composite Video） 復(fù)合視頻端子也叫AV端子或者Video端子，是目前最普遍的一種視頻接口，幾乎所有的電視機、影碟機類產(chǎn)品都有這個接口。它是聲、畫分離的視頻端子，一般由黃、白、紅三個獨立的RCA插頭（又叫梅花接口RCA端子）組

16、成。復(fù)合視頻端子是一種混合視頻信號，沒有經(jīng)過RF射頻信號那些調(diào)制、放大、檢波、解調(diào)等過程，信號保真度相對較好，分辨率一般可達350-450線，不過由于它是模擬接口，當(dāng)用于數(shù)字顯示設(shè)備時，需要一個模擬轉(zhuǎn)數(shù)字的過程，會損失不少信噪比，所以一般數(shù)字顯示設(shè)備不建議使用。 “復(fù)合”含義是同一信道中傳輸亮度和色度信號的模擬信號，但電視機如果不能很好的分離這兩種信號，就會出現(xiàn)虛影。3.2 電視信號及其標(biāo)準(zhǔn)n彩色電視的信號類型彩色電視的信號類型nS端子（端子（S-Video） S端子也是非常常見的端子，其全稱是Separate Video，也稱為 SUPER VIDEO。S-Video連接規(guī)格是由日本人開發(fā)的

17、一種規(guī)格，S指的是“SEPARATE（分離）”，它將亮度和色度分離輸出，避免了混合視訊訊號輸出時亮度和色度的相互干擾。S端子實際上是一種五芯接口，由兩路亮度信號、兩路色度信號和一路公共屏蔽地線共五條芯線組成。同復(fù)合視頻接口相比，由于它不再進行Y/C混合傳輸，因此也就無需再進行亮色分離和解碼工作，而且使用各自獨立的傳輸通道在很大程度上避免了視頻設(shè)備內(nèi)信號串?dāng)_而產(chǎn)生的圖像失真，極大地提高了圖像的清晰度。但S-Video 仍要將兩路色差信號(Cr Cb)混為一路色度信號C，進行傳輸然后再在顯示設(shè)備內(nèi)解碼為Cb和Cr進行處理，多少仍會帶來一定信號損失而產(chǎn)生失真。nS-video信號信號 S-Video

18、(Separated video-VHS)是亮度和色是亮度和色差分離的一種電視信號，是分量模擬電視信差分離的一種電視信號，是分量模擬電視信號和復(fù)合模擬電視信號的一種折衷方案。號和復(fù)合模擬電視信號的一種折衷方案。nS-Video的兩個優(yōu)點：的兩個優(yōu)點：減少亮度信號和色差信號之間的交叉干擾；減少亮度信號和色差信號之間的交叉干擾；不需要使用梳狀濾波器來分離亮度信號和色不需要使用梳狀濾波器來分離亮度信號和色差信號，這樣可提高亮度信號的帶寬。差信號，這樣可提高亮度信號的帶寬。nS-Video信號使用單獨的兩條信號電纜線，一信號使用單獨的兩條信號電纜線，一條用于亮度信號，另一條用于色差信號，這兩條用于亮度

19、信號，另一條用于色差信號，這兩個信號稱為個信號稱為Y/C信號。信號。 3.2 電視信號及其標(biāo)準(zhǔn)n彩色電視的信號類型彩色電視的信號類型n色差端子色差端子 色差端子是在S端子的基礎(chǔ)上，把色度（C）信號里的藍色差（b）、紅色差（r）分開發(fā)送，其分辨率可達到600線以上。它通常采用YPbPr和YCbCr兩種標(biāo)識，前者表示逐行掃描色差輸出，后者表示隔行掃描色差輸出。現(xiàn)在很多電視類產(chǎn)品都是靠色差輸入來提高輸入訊號品質(zhì)，而且透過色差端子，可以輸入多種等級訊號，從最基本的480i到倍頻掃描的480p，甚至720p、1080i等等，都是要通過色差輸入才有辦法將信號傳送到電視當(dāng)中，因此色差分量的接口方式是目前模擬

20、的各種視頻輸出接口中最好的之一。因此不少DVD以及高清播放設(shè)備上都采用該接口。如果使用優(yōu)質(zhì)的線材和接口，即使采用10米長的線纜，色差線也能傳輸優(yōu)秀的畫面。3.2 電視信號及其標(biāo)準(zhǔn)n彩色電視的信號類型彩色電視的信號類型nDVI DVI（Digital Visual Interface）接口與VGA都是電腦中最常用的接口，與VGA不同的是，DVI可以傳輸數(shù)字信號，不用再進過數(shù)模轉(zhuǎn)換，所以畫面質(zhì)量非常高。目前，很多高清電視上也提供了DVI接口。需要注意的是，DVI接口有多種規(guī)范，常見的是DVI-D（Digital）和DVI-I（Integrated）。DVI-D只能傳輸數(shù)字信號，可以用它來連接顯卡和

21、平板電視。DVI-I則可以在DVI-D和VGA相互轉(zhuǎn)換。3.2 電視信號及其標(biāo)準(zhǔn)n彩色電視的信號類型彩色電視的信號類型nHDMI HDMI（High Definition Multimedia Interface）接口是最近才出現(xiàn)的接口，它同DVI一樣是傳輸全數(shù)字信號的。不同的是HDMI接口不僅能傳輸高清數(shù)字視頻信號，還可以同時傳輸高質(zhì)量的音頻信號，HDMI接口可以提供高達5Gbps的數(shù)據(jù)傳輸帶寬。同時功能跟射頻接口相同，不過由于采用了全數(shù)字化的信號傳輸，不會像射頻接口那樣出現(xiàn)畫質(zhì)不佳的情況。對于沒有HDMI接口的用戶，可以用適配器將HDMI接口轉(zhuǎn)換位DVI接口，但是這樣就失去了音頻信號。高質(zhì)

22、量的HDMI線材，即使長達20米，也能保證優(yōu)質(zhì)的畫質(zhì)。HDMI技術(shù)不僅能提供清晰的畫質(zhì)，而且由于音頻/視頻采用同一電纜，大大簡化了家庭影院系統(tǒng)的安裝。 3.2 電視信號及其標(biāo)準(zhǔn)n彩色電視的信號類型彩色電視的信號類型HDMI：對應(yīng)電視產(chǎn)品：畫質(zhì)表現(xiàn)：性價比：使用便利度：購買便利度：綜合評價：色差分量：色差分量：對應(yīng)電視產(chǎn)品：畫質(zhì)表現(xiàn)：性價比：使用便利度：購買便利度：綜合評價：復(fù)合視頻：復(fù)合視頻：對應(yīng)電視產(chǎn)品：畫質(zhì)表現(xiàn)：性價比：使用便利度：購買便利度：綜合評價：色差線顯示的人物 復(fù)合視頻線顯示出來的人物 HDMI線顯示出來的人物 3.3 視頻數(shù)字化過程n數(shù)字電視數(shù)字電視 數(shù)字電視是電視節(jié)目從錄制、

23、播出、發(fā)射和接收全部采用數(shù)字編碼與數(shù)字傳輸技術(shù)的新一代電視，即所謂全數(shù)字電視系統(tǒng)。為了稱呼方便，“全數(shù)字電視”就簡稱“數(shù)字電視”。 按分辨率，數(shù)字電視可分為高清晰度電視(HDTV)、標(biāo)準(zhǔn)清晰度 電視(SDTV)和VCD質(zhì)量的低清晰度電視 (LDTV) 等。 標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視(SDTV，Standard Definition TV)480隔行掃描，主要是對應(yīng)于現(xiàn)有電視的分辨率量級。在聲音處理方面，有兩路數(shù)字伴音，具有CD級的音質(zhì) （目前模擬電視只有一路伴音，經(jīng)過電路處理后可轉(zhuǎn)換成為立體聲） 。 高清晰度電視(HDTV，High Definition TV)為最高級，其圖像清晰度可達35mm膠片電影

24、水平。其水平和垂直清晰度是常規(guī)電視的兩倍左右(最低：1280720，最高：19201080)。有多路數(shù)字伴音，除了音質(zhì)好外，還具有真正的環(huán)繞音效。高清晰度電視畫面可以提供相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視畫面 5 倍的信息量。 數(shù)字電視，是將傳統(tǒng)的模擬電視信號經(jīng)過抽樣、量化和編碼，轉(zhuǎn)換成用二進制數(shù)代表的數(shù)字式信號，然后進行各種功能的處理、傳輸、存儲和記錄，也可以用電子計算機進行處理、監(jiān)測和控制。采用數(shù)字技術(shù)不僅使各種電視設(shè)備獲得比原有模擬式設(shè)備更高的技術(shù)性能，而且還具有模擬技術(shù)不能達到的新功能， 例如，可直接進行隨機存儲使電視圖像的檢索變得很方便，復(fù)制數(shù)字電視圖像和在網(wǎng)絡(luò)上傳輸數(shù)字電視圖像都不會造成質(zhì)量下降

25、，很容易進行非線性電視編輯。3.3 視頻數(shù)字化過程n電視信號的數(shù)字化電視信號的數(shù)字化u先從復(fù)合彩色電視圖像中分離出彩色分量，然后數(shù)字化。大多數(shù)電視信號源都是彩色全電視信號，如來自錄象帶、激光視盤、攝象機等的電視信號。對這類信號的數(shù)字化，通常的做法是首先把模擬的全彩色電視信號分離成YUV、YIQ或RGB彩色空間中的分量信號，然后用三個A/D轉(zhuǎn)換器分別對它們數(shù)字化。u首先用一個高速A/D轉(zhuǎn)換器對彩色全電視信號進行數(shù)字化，然后在數(shù)字域中進行分離，獲得所希望的YCbCr、YUV、YIQ或RGB分量數(shù)據(jù)。 在大多數(shù)情況下，數(shù)字電視系統(tǒng)都希望用彩色分量來表示圖像數(shù)據(jù)，如用YCbCr，YUV，YIQ或RGB

26、彩色分量。因此，電視圖像數(shù)字化常用“分量數(shù)字化(component digitization)”這個術(shù)語，它表示對彩色空間的每一個分量進行數(shù)字化。電視圖像數(shù)字化常用的方法有兩種：n電視圖像數(shù)字化方法電視圖像數(shù)字化方法： q從復(fù)合彩色電視圖像中分離出彩色分量，然從復(fù)合彩色電視圖像中分離出彩色分量，然后數(shù)字化，通常的做法是首先把模擬的全彩后數(shù)字化，通常的做法是首先把模擬的全彩色電視信號分離成色電視信號分離成YCbCr, YUV, YIQ或或RGB彩色空間中的分量信號，然后用彩色空間中的分量信號，然后用3個個A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器分別對它們數(shù)字化。器分別對它們數(shù)字化。1.用一個高速用一個高速A/D轉(zhuǎn)換器對

27、彩色全電視信號進轉(zhuǎn)換器對彩色全電視信號進行數(shù)字化，然后在數(shù)字域中進行分離，獲得行數(shù)字化，然后在數(shù)字域中進行分離，獲得所希望的所希望的YCbCr, YUV, YIQ或或RGB分量數(shù)據(jù)。分量數(shù)據(jù)。 3.3 視頻數(shù)字化過程n視頻信號的采樣視頻信號的采樣u采樣：采樣：連續(xù)圖像函數(shù)f(x,y,t)進行空間的 連續(xù)坐標(biāo)（x,y,t）的離散化。u對視頻采樣的要求：對視頻采樣的要求： 要滿足采樣定理； 采樣頻率必須是行頻的整數(shù)倍； 要滿足兩種掃描制式。u ITU-R BT.601標(biāo)準(zhǔn)摘要標(biāo)準(zhǔn)摘要 為了便于國際間的節(jié)目交換，為消除數(shù)字設(shè)備之間的制式差別，和為 625行電視系統(tǒng)與 525行電視系統(tǒng)之間兼容，在 1

28、982年 2月國際無線電咨詢委員會(CCIR) 通過了 601號建議，確定以分量編碼為基礎(chǔ)， 即以亮度分量Y、和兩個色差分量R-Y、B-Y為基礎(chǔ)進行編碼,作為電視演播室數(shù)字編碼的國際標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定: 不管是PAL制，還是NTSC制電視，Y、R-Y、B-Y三分量的抽樣頻率分別為13.5MHz、6.75MHz、6.75MHz。 抽樣后采用線性量化，每個樣點的量化比特數(shù)用于演播室為10bit， 用于傳輸為8bit。 Y、R-Y、B-Y三分量樣點之間比例為4:2:2。 對PAL制、SECAM制，采樣頻率fs為 fs=62525N=15625N=13.5MHz其中，N=864，為每一掃描行上的采樣數(shù)目

29、。 對NTSC制，采樣頻率fs為 fs=52529.97N=15734N=13.5 MHz其中，N=858，為每一掃描行上的采樣數(shù)目。對于所有制式，每個掃描行的有效樣本數(shù)均為720n采樣頻率采樣頻率nBT.601為為NTSC制、制、PAL制和制和 SECAM制規(guī)定制規(guī)定了共同的電視圖像采樣頻率了共同的電視圖像采樣頻率13.5MHz，這個采，這個采樣頻率同樣也用于遠程圖像通信中的電視采樣。樣頻率同樣也用于遠程圖像通信中的電視采樣。對于對于PAL制、制、SECAM制，采樣頻率制，采樣頻率fs為為： fs=62525N=15 625N=13.5 MHz N=864 對于對于NTSC制，采樣頻率為：制

30、，采樣頻率為： fs=52530N=15 735N=13.5 MHz N=858 n N為每一掃描行上的采樣數(shù)目。為每一掃描行上的采樣數(shù)目。nBT.601 BT.601 有效分辨率有效分辨率對所有的制式，每一行的有效樣本數(shù)均為對所有的制式，每一行的有效樣本數(shù)均為720720個。個。 3.3 視頻數(shù)字化過程n視頻信號的采樣視頻信號的采樣u采樣格式涉及的技術(shù)問題：采樣格式涉及的技術(shù)問題：不同制式、復(fù)合信號、掃描方式、分辨率等。u電視信號中亮度信號是色度信號帶寬的兩倍，以YUV為例來說采樣格式有4:1:1，4:2:2，4:4:4。u人眼對顏色的敏感程度遠不如對亮度信號那么靈敏，所以色度信號的采樣頻率

31、可以比亮度信號的采樣頻率低，以減少視頻數(shù)據(jù)量。注：例圖針對625行掃描行系統(tǒng) 人眼對圖像的亮度和顏色分辨率比較人眼對圖像的亮度和顏色分辨率比較n人眼對色彩細(xì)節(jié)的分辨能力遠比對亮度細(xì)節(jié)的人眼對色彩細(xì)節(jié)的分辨能力遠比對亮度細(xì)節(jié)的分辨能力低，如圖，等寬的藍紅相間的彩條、分辨能力低，如圖，等寬的藍紅相間的彩條、藍綠相間的彩條和黑白相間的條紋。藍綠相間的彩條和黑白相間的條紋。n眼睛逐漸遠離屏幕，當(dāng)分辨不出彩條時，黑白眼睛逐漸遠離屏幕，當(dāng)分辨不出彩條時，黑白條還能清晰分辨。條還能清晰分辨。Copyright A.Kitaoka 2003n圖像采樣數(shù)據(jù)率估算n例：例：BT.601 4:4:4 有效數(shù)據(jù)率為：

32、有效數(shù)據(jù)率為： NTSC：480行行*720點點*24bit*30幀幀 = 249 Mbps PAL：576行行*720點點*24bit*25幀幀 = 249 MbpsnBT.601 4:2:2 NTSC有效數(shù)據(jù)率為：有效數(shù)據(jù)率為： 每個像素平均位數(shù)為：每個像素平均位數(shù)為：(4*8+2*8+2*8)/4=16 bits 480行行*720點點*16bit*30幀幀 =166 MbpsnBT.601 4:2:0 NTSC有效數(shù)據(jù)率為：有效數(shù)據(jù)率為： 每個像素平均位數(shù)為：每個像素平均位數(shù)為：(4*8+8+8)/4=12 bits 480行行*720點點*12bit*30幀幀 =124Mbpsn4:

33、1:1格式的數(shù)據(jù)量與格式的數(shù)據(jù)量與4:2:0相同，但相同，但4:2:0格式格式所表現(xiàn)的視頻信號更精確一些，因為其色差信所表現(xiàn)的視頻信號更精確一些，因為其色差信號位置可以更準(zhǔn)確地反映真實情況。號位置可以更準(zhǔn)確地反映真實情況。n數(shù)字視頻顯示比例概念數(shù)字視頻顯示比例概念n圖像寬高比（圖像寬高比（image aspect ratio，IAR) 視視頻幀寬度與高度之比。頻幀寬度與高度之比。NTSC、PAL： 4：3電影：電影： 3：2HDTV： 16：9n像素寬高比（像素寬高比（pixel aspect ratio，PAR) 圖圖像像素點的寬度與高度之比。像像素點的寬度與高度之比。 PAR = x/y

34、= IAR 行數(shù)行數(shù) / 點數(shù)點數(shù)對于對于NTSC，PAR = (4/3)*480/720 = 8/9對于對于PAL， PAR = (4/3)*576/720 = 16/15n即即NTSC、PAL TV顯示時，熒光屏上像素點的顯示時，熒光屏上像素點的寬高比應(yīng)當(dāng)分別是寬高比應(yīng)當(dāng)分別是8:9 和和16:15，畫面才不失真。，畫面才不失真。3.3 視頻數(shù)字化過程n視頻信號的量化與編碼視頻信號的量化與編碼u量化：量化：量化是對經(jīng)采樣離散化后的脈沖信號在幅度上的離進行散化。一般采用8位、10位，較高的采用12位。量化位數(shù)過小則不足反映出圖像的細(xì)節(jié)，位數(shù)選取過大會產(chǎn)生龐大的數(shù)碼率，從而占用大量的頻帶，給傳

35、輸帶來難。u編碼：編碼：把經(jīng)過采樣量化后的信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字符號過程稱為編碼。視頻編碼的理論基礎(chǔ)是信息論。信息的壓縮就是從時間域、空間域兩方面除去冗余信息，將可推知的信息去掉。分為信源編碼和信道編碼兩大類。u常用視頻編碼技術(shù)：常用視頻編碼技術(shù)：MPEG系列和H.26X系列。主要技術(shù)：幀內(nèi)編碼用于去除幀內(nèi)冗余信息；幀間編碼用于去除時間冗余信息。采樣格式(Y:U:V)數(shù)據(jù)量（MB/s）4:2:2274:4:4403.3 視頻數(shù)字化過程n數(shù)字視頻數(shù)字視頻DV 數(shù)字視頻(DV-Digital Video),是定義壓縮圖像和聲音數(shù)據(jù)記錄及回放過程的標(biāo)準(zhǔn)。 特點：高清晰度，水平分辨率達500線；寬色度帶寬。

36、4:1:1采樣，8位量化，DCT的5:1幀內(nèi)壓縮，數(shù)據(jù)傳輸率為14.948Mb/s。音頻：48kHz/16位雙聲道或 32kHz/12位四聲道。三 視頻處理技術(shù)n提綱n數(shù)字視頻系統(tǒng)借助于相關(guān)硬件（如視頻采集卡）和軟件，在計算機上對輸入的視頻信號進行接收、采集、傳輸、壓縮、存儲、編輯、顯示和回放等多種處理。3.4 視頻處理系統(tǒng)視頻信號源設(shè)備視頻采集設(shè)備大容量存儲設(shè)備高性能計算機視頻處理軟件 n數(shù)字視頻系統(tǒng)的組成數(shù)字視頻系統(tǒng)的組成n視頻采集卡視頻采集卡3.4 視頻處理系統(tǒng)u 視頻采集卡是將模擬攝像機、錄像機、LD視盤機、電視機輸出的視頻信號等輸出的視頻數(shù)據(jù)或者視頻音頻的混合數(shù)據(jù)輸入電腦，并轉(zhuǎn)換成電

37、腦可辨別的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，存儲在電腦中，成為可編輯處理的視頻數(shù)據(jù)文件。u 按照其用途可分為按照其用途可分為：廣播級視頻采集卡，專業(yè)級視頻采集卡，民用級視頻采集卡，它們檔次的高低主要是采集圖像的質(zhì)量不同。u 廣播級視頻采集卡的廣播級視頻采集卡的最高采集分辨率一般為768X576(均方根值)PAL制，或720X576(CCIR-601值)PAL制25幀每秒，或640X480/720X480 NTSC制30幀，每秒最小壓縮比一般在4：1以內(nèi)。特點是采集的圖像分辨率高,視頻信噪比高，缺點是視頻文件所需硬盤空間大。每分鐘數(shù)據(jù)量至少要消耗200MB，一般連接BetaCam攝/錄像機，所以它多用于錄制電視臺所制作

38、的節(jié)目。u 專業(yè)級視頻采集卡專業(yè)級視頻采集卡的檔次比廣播級的性能稍微低一些，分辨率兩者是相同的，但壓縮比稍微大一些，其最小的壓縮比一般在6：1以內(nèi)，輸入輸出接口為AV復(fù)合端子與S端子，此類產(chǎn)品適用于廣告公司和多媒體公司制作節(jié)目及多媒體軟件應(yīng)用。u 民用級視頻采集卡民用級視頻采集卡的動態(tài)分辨率一般較低，絕大多數(shù)不具有視頻輸出功能。LIQUID EDITION v6 價格：價格：7800元 n視頻采集卡視頻采集卡3.4 視頻處理系統(tǒng)n視頻采集卡的工作原理視頻采集卡的工作原理3.4 視頻處理系統(tǒng)視視頻頻源源模模數(shù)數(shù)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換解解碼碼器器顏顏色色轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換視頻處理視頻處理芯片芯片數(shù)模轉(zhuǎn)換數(shù)模轉(zhuǎn)換視頻處理芯

39、片：視頻處理芯片：用于視頻捕獲、播放、顯示用的專用控制芯片。主要功能可以分為PC總線接口、視頻輸入剪裁、變化比例、與VGA信號同步、色鍵控制以及對幀存儲器VRAM的讀寫和刷新控制。VGA卡卡PC總線總線VRAMn視頻采集卡的性能指標(biāo)視頻采集卡的性能指標(biāo)3.4 視頻處理系統(tǒng)品尼高品尼高 V9 AVDV全能王主要性能全能王主要性能具體類別采集卡接口類型PCI輸入格式從DV、Digital8和MicoMV攝像機或錄像機采集從DV和Digital8攝像機采集DVD質(zhì)量得MPEG-2在預(yù)覽質(zhì)量下，每采集20分鐘DV視頻需要120MB磁盤空間輸入接口2外部1個內(nèi)部IEEE 1394 六針接頭輸出格式輸出到

40、DV或Digital8磁帶以及DV或Digital8配有CD-R或CD-RW驅(qū)動器的可輸出成VCD或SVCD配有DVD-R、DVD-RW或DVD+RW的驅(qū)動器的可輸出成DVDMPEG-1&MPEG-2、AVI、RealVideo8、Windows Media格式，包括Windows Media9輸出接口2外部1個內(nèi)部IEEE 1394 六針接頭系統(tǒng)平臺最低系統(tǒng)配置：Intel Pentium或AMD Athlon 800MHz或更高配置（建議使用1.5GHz或更高配置） 256 MB RAM(建議512MB)1個可用的PCI插槽Windows 98 SE, Windows Millenium,

41、 Windows 2000 或 Windows XP（建議使用Windows XP，MicorMV支持需要Windows XP）兼容DirectX9u接口：接口：與計算機接口PCI；輸入輸出端口，如1394、復(fù)合視頻、S-Video等。u功能：功能：硬件壓縮（如AVI、MPEG）u采集質(zhì)量：采集質(zhì)量：不同級別視頻采集卡的采集分辨率和幀頻不同。u驅(qū)動和應(yīng)用程序：驅(qū)動和應(yīng)用程序：如編輯軟件n種類繁多的視頻采集卡種類繁多的視頻采集卡3.4 視頻處理系統(tǒng)n線性編輯線性編輯(Linear Editing)3.5 非線性編輯系統(tǒng)u 在傳統(tǒng)的電視節(jié)目制作中，電視編輯是在編輯機上進行的。編輯機通常由一臺放像機

42、和一臺錄像機組成，編輯人員通過放像機選擇一段合適的素材，然后把它記錄到錄像機中的磁帶上，然后再尋找下一個鏡頭，接著進行記錄工作，如此反復(fù)操作，直至把所有合適的素材按照節(jié)目要求全部順序記錄下來。u 由于磁帶記錄畫面是順序的，無法在已有的畫面之間插入一個鏡頭，也無法刪除一個鏡頭，除非把這之后的畫面全部重新錄制一遍，這種編輯方式就叫做線性編輯，它給編輯人員帶來很多的限制，編輯效率非常的低。n非線性編輯非線性編輯(Non-linear Editing)3.5 非線性編輯系統(tǒng)u 非線性編輯則是應(yīng)用計算機多媒體處理技術(shù)，在計算機中對各種原始素材進行各種編輯操作，并將最終結(jié)果輸出到計算機硬盤、磁帶、錄像帶等

43、記錄設(shè)備上這一系列完整的工藝過程。u 由于原始素材被數(shù)字化存儲在計算機硬盤上，信息存儲的位置是并列平行的，與原始素材輸入到計算機時的先后順序無關(guān)。這樣，我們便可以對存儲在硬盤上的數(shù)字化音視頻素材進行隨意的排列組合，并可進行方便的修改。 u 非線性編輯的優(yōu)點：非線性編輯的優(yōu)點： 編輯制作方便； 有利于反復(fù)編輯和修改； 圖像與聲音的同步對位準(zhǔn)確方便； 制作圖像畫面的層次多。n非線性編輯系統(tǒng)的技術(shù)特性非線性編輯系統(tǒng)的技術(shù)特性3.5 非線性編輯系統(tǒng)u具有聯(lián)機線性編輯和脫機非線性編輯兩方式u實時雙通道數(shù)字特技 u與其他軟件的兼容性強u音頻系統(tǒng)有多軌實時音頻通道u多種視頻接口 u可實現(xiàn)多機聯(lián)網(wǎng) n非線性編

44、輯系統(tǒng)處理視頻的過程非線性編輯系統(tǒng)處理視頻的過程3.5 非線性編輯系統(tǒng) 視頻素材的準(zhǔn)備和搜集 視頻采集及數(shù)字化 數(shù)字視頻編輯 預(yù)視過程，所見即所得 生成影片，生成連續(xù)的視頻影像文件 回放或錄制典型的編輯過程：典型的編輯過程：首先創(chuàng)建一個編輯的過程平臺，將數(shù)字化的視頻素材用拖拽的方式放入過程平臺。這個平臺可自由地設(shè)定視頻展開的信息，可以逐幀展開也可以逐秒展開，間隔可以選擇。調(diào)用編輯軟件提供的各種手段，對各種素材進行剪輯、重排和銜接，添加各種特殊效果，二維或三維特技劃像，疊加活動中英文字幕、動畫、添加伴音和音效等。這些過程的各種參數(shù)可反復(fù)任意調(diào)整，使用戶便于對過程的控制和對最終效果的把握。n常用非

45、線性編輯軟件常用非線性編輯軟件3.5 非線性編輯系統(tǒng)六大軟件性能比較六大軟件性能比較nUlead VideoStudio (友立友立 會聲會影會聲會影)3.5 非線性編輯系統(tǒng)n非線性編輯軟件的功能非線性編輯軟件的功能3.5 非線性編輯系統(tǒng)導(dǎo)入導(dǎo)入 q能夠?qū)⒁曨l從攝像機引入到軟件中。提供對攝像機的遠程控制，可以進行遠程視頻捕獲，記錄，播放，回放,快進以及暫停q用戶可以在電腦屏幕上對數(shù)字?jǐn)z像機中視頻進行預(yù)覽q自動鏡頭檢測，可以對攝錄的每一個鏡頭設(shè)定一個片段q音頻和視頻以數(shù)字化的方式在軟件和數(shù)字?jǐn)z像機間進行傳輸q可以在影音文件中引入靜止圖像n非線性編輯軟件的功能非線性編輯軟件的功能3.5 非線性編輯

46、系統(tǒng)視頻編輯視頻編輯q使用拖放對視頻片段、音軌、過渡以及 標(biāo)題進行編輯q對視頻片段進行剪輯以除去不需要的內(nèi)容q對片段或片段的一部分進行剪切，復(fù)制和粘貼q通過時間軸來重新定位和排列視頻片段音頻編輯音頻編輯 q向已有的視頻之中加入音樂聲軌 q加入音效q使用麥克風(fēng)記錄用戶的敘述q從CD中引入曲目q對音頻進行淡入淡出，調(diào)節(jié)音量n非線性編輯軟件的功能非線性編輯軟件的功能3.5 非線性編輯系統(tǒng)媒質(zhì)管理媒質(zhì)管理 q使用項目管理來圖形化地管理視頻片段q按名稱、圖標(biāo)或注釋對素材進行排序、 查看或搜索q判別硬盤可供存儲視頻片段的剩余空間標(biāo)題和過渡效果標(biāo)題和過渡效果 q向影片加入字幕 q有多種預(yù)定義的標(biāo)題和過渡效果

47、以供選擇q使用TrueType和PostScript字體q選用自定義的顏色改進標(biāo)題效果q在畫面間或鏡頭和場景間實時各種過渡效果q用滑動條設(shè)定過渡速度n非線性編輯軟件的功能非線性編輯軟件的功能3.5 非線性編輯系統(tǒng)輸出輸出q在電腦上以全屏播放制作完畢的電影文件q能以多種定義的格式保存影音文件q將完成的影音文件或單獨的片段回傳到便攜式攝像機或在電視上欣賞q將單幀存成JPEG等格式的圖片，將音頻流單獨輸出為音頻文件3.5 視頻文件格式ASFASF 是 Advanced Streaming format 的縮寫，ASF 是 MICROSOFT 為了和現(xiàn)在的 Real player 競爭而發(fā)展出來的一種

48、可以直接在網(wǎng)上觀看視頻節(jié)目的文件壓縮格式。由于它使用了 MPEG4 的壓縮算法，所以壓縮率和圖像的質(zhì)量都很不錯。因為 ASF 是以一個可以在網(wǎng)上即時觀賞的視頻“流”格式存在的，所以它的圖象質(zhì)量比 VCD 差一點點并不出奇，但比同是視頻“流”格式的 RAM 格式要好。不過如果你不考慮在網(wǎng)上傳播，選最好的質(zhì)量來壓縮文件的話，其生成的視頻文件比 VCD （MPEG1）好是一點也不奇怪的，但這樣的話，就失去了 ASF 本來的發(fā)展初衷，還不如干脆用 N AVI 或者 DIVX 。但微軟的“子第”就是有它特有的優(yōu)勢，最明顯的是各類軟件對它的支持方面就無人能敵。 AVIAVI 是 Audio Video I

49、nterleave 的縮寫，這個微軟由 WIN3.1 時代就發(fā)表的舊視頻格式已經(jīng)為我們服務(wù)了好幾個年頭了。 1992年微軟推出，解決了音頻和視頻同步問題，且具有通用和開放的特點，兼容好、調(diào)用方便、圖象質(zhì)量好，缺點是尺寸大！就是因為這點，我們現(xiàn)在才可以看到由 MPEG1 的誕生到現(xiàn)在 MPEG4 的出臺。 3.5 視頻文件格式n AVIn AVI 是 newAVI 的縮寫，是一個名為 ShadowRealm 的地下組織發(fā)展起來的一種新視頻格式。它是由 Microsoft ASF 壓縮算法的修改而來的（并不是想象中的 AVI），視頻格式追求的無非是壓縮率和圖象質(zhì)量，所以 NAVI 為了追求這個目標(biāo)，改善了原始的 ASF 格式的一些不足，讓 NAVI 可以擁有更高的幀率（frame rate）。當(dāng)然，這是犧牲 ASF 的視頻流特性作為